一種基于超圖模型的多域ason損傷感知組播路由方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于多域智能光網絡AS0N安全路由領域，具體涉及一種多域AS0N損傷感 知可靠路由的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著互聯網及物聯網等技術的飛速發展，智能光網絡（ASON,Automatically SwitchedOpticalNetwork)的規模不斷擴大、業務種類不斷增多，下一代光網絡面臨著規 模化和動態化需求，分層分域將成為AS0N的主要結構特征。為了保證網絡的可擴展性和安 全性，每個路由域的詳細拓撲信息只在域內轉發，域間只交換匯聚后的部分拓撲信息，網絡 節點不具有整網的詳細拓撲及配置信息。因此，如何在缺乏全局信息的條件下提供可靠的 光路（Light-path)和光樹（Light-tree)建立，是光網絡分域管理后引入的一個新的研究 課題。
[0003] 由于AS0N對光信號進行透明傳輸（即不進行光電轉換），信號在傳輸過程中將遇 到各種各樣的物理和攻擊損傷，例如大功率攻擊信號引起的帶內串擾、帶間串擾、放大器增 益競爭等。由于攻擊在透明光網絡中具有擴散傳播特性，因此在沿光路傳輸時這些損傷會 不斷累積加深。如果物理或攻擊損傷問題無法解決，光信號的誤碼率將會不斷提高，使得 光信號的傳輸質量急劇下降，從而無法滿足用戶的服務質量（Q〇S，QualityofService) 需求。目前，有關損傷感知的路由與波長分配（IRWA，Impairment-awareRoutingand WavelengthAssignment)問題的研究主要集中于單域光網絡或多域ASON的單播路由 中。按照損傷模型，可將目前提出的IRWA方法分為兩大類型：基于0SNR(0pticalSignal NoiseRatio)模型的IRWA方法和基于Q值模型的IRWA方法。第一類IRWA方法（文 南犬[1-3][l]BeyranvandH,SalehiJA.AQuality-〇f-TransmissionAwareDynamic RoutingandSpectrumAssignmentSchemeforFutureElasticOpticalNetworks[J]. IEEEAerospaceandElectronicSystemsSociety, 2013, 31(18):3043-3054. [2]Pereira H. 0SNRmodeltoconsiderphysicallayerimpairmentsintransparentoptical networks[J]·PhotonicNetworkCommunications, 2009, 18 (2):137-149. [3]趙繼軍， 王麗榮，紀越峰.基于損傷感知的動態RWA方法性能比較研究[J].電子與信息學報， 2010,32(3) :23-26.)將多種損傷的效果折合為光信噪比0SNR的減少，為連接尋找最大 化0SNR的光路或將0SNR作為光路的門限值，因為當0SNR降低到一定門限值時，將會導 致誤碼率過高；第二類IRWA方法（文獻[4 一 6]TomkosI，DIC0NET:futuregeneration transparentnetworkingwithdynamicimpairmentawareness[C].I0S2009, 173-182. [5]PointurierY,Brandt-PearceM,SubramaniamS.AnalysisofBlockingProbability inNoise-andCross-Talk-ImpairedAll-OpticalNetworks[J].JournalofOptical CommunicationsandNetworking, 2009, 1(6):543-554. [6]VelascoL,Jirattigalachote A,RuizM,etal.StatisticalApproachforFastImpairment-AwareProvisioningin DynamicAll-OpticalNetworks[J].IEEE/0SAJournalofOpticalCommunicationsand Networking, 2012, 4(2) : 130-141.)將損傷效果折合為Q值（Q-factor)的減小運用于RWA方法的設計中，例如文獻[6]為克服近似Q值與精確Q值計算的不足，提出了一種快速損傷 感知RWA方法。
[0004] 在面臨物理損傷或攻擊的環境下，上述方案在阻塞率上具有優于經典方法的性 能，但是在多域AS0N環境中，由于域間業務量多于域內業務量，物理損傷及串擾等攻擊對 于域間和域內鏈路的影響則區別很大。所以，這些方法不能直接應用于多域AS0N中，并且 目前專門針對多域AS0N組播IRWA問題的研究還鮮有報道。
【發明內容】
[0005] 針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于，將超圖理論運用于多域智 能光網絡模型的構建中，然后將物理或攻擊損傷作為約束條件，結合多目標優化策略，提出 一種新的基于超圖模型的多域AS0N損傷感知組播路由方法。
[0006] 為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：
[0007] -種基于超圖模型的多域AS0N損傷感知組播路由方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一，在從源節點到目的節點需要經過的中間域上計算出域內邊界網關節點之 間的K條低成本光路徑；
[0009] 步驟二，源節點的邊界網關節點構建多域AS0N超圖模型Η:
[0010] H= <Vh)Eh)Ma,b>
[0011] 在上式中，\是所有邊界節點的集合，是Eh是Vh中節點構成的超邊集合;Maib是描 述網絡拓撲聚合方法及其操作的集合；
[0012] 在超圖模型Η中，長度為q的超路徑定義為頂點一超邊交錯序列{Vl，ei，v2,e2，… ，eq,vq+1}，該序列滿足{ν^v2, ···，vq+1}、{e^e2, ···，eq}分另lj為在超圖模型H中互異的頂點及 超邊，且vk,vk+1eek,k= 1，2,…，q;
[0013] 步驟三，在超圖模型中計算出包括源節點與目的節點的超樹；
[0014] 步驟四，源節點的邊界網關節點構建滿足損傷約束條件的低成本組播樹，并進行 波長的分配；所述的組播樹為從源節點到目的節點的路由。
[0015] 進一步地，步驟一中低成本光路徑的計算方法具體包括：
[0016] 步驟S10,連接請求到達源節點s,令1=K2=K3=K,源節點s計算出Ki條至 本域最近邊界網關節點的光路，然后將建路請求及1條光路綜合成本、損傷系數及每條路 徑的可用波長信息發給源節點的最近邊界網關節點；
[0017] 步驟S11，源節點的最近邊界網關節點請求至每個目的節點需經過的域邊界節點 向其提供1(2條域內低成本抽象光路的成本信息、損傷和可用波長信息，并要求目的節點所 在域的最近邊界網關節點提供K3條至目的節點的光路信息，得到低成本光路路徑。
[0018] 進一步地，所述的步驟三中超樹的計算過程包括：
[0019] 步驟S30,源節點的邊界網關節點構建好超圖模型Η后，用鄰接表存儲超圖中模型 Η的Vh&其鄰接節點；
[0020] 步驟S31，記超圖模型的初態為所有邊界節點均未被訪問過，首先訪問并標記距離 源節點最近的邊界網關節點作為根節點，并將源節點的所有鄰居節點作為子結點進行訪問 和標記，依次再訪問和標記子結點的鄰居節點，依此訪問，直至每個距離目標節點的最近域 邊界節點均被訪問和標記，得到包括源節點與目的節點的域間超樹Th。
[0021] 進一步地，所述的步驟四中的損傷約束條件為：
[0023] 在上式（2)中，Pd為從源節點s至任意目的節點deD的損傷，Ps為從源節點s發 出的光信號能量，P(S,d)為連接源節點s至一個給定的目的節點deD的路由，Lt(ei)為 信號傳輸損傷，Ls(Vl)為信號處理損傷，^為節點，e 鏈路。
[0024] 本發明與現有技術相比具有以下技術特點：
[0025] 本發明創新性地將超圖理論運用于多域智能光網絡模型的構建中，然后將物理 或攻擊損傷作為約束條件，提出了一種新的基于超圖模型的多域AS0N損傷感知組播路 由方法。該方法在完成多域組播路由建立與波長分配的同時，方法的時間復雜度至多為 0(|D|XKXmax(M2，n2))。實驗結果表明該方法是有效的且取得了較好的阻塞性能，同時 最短路徑的K值、組播規模、域數量、波長數量及分配策略對平均阻塞率有著不同程度的影 響。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發明方法的整體流程圖；
[0027] 圖2為多域AS0N物理拓撲結構圖；
[0028] 圖3為多域AS0N超圖模型；
[0029] 圖4為域間超樹的結構圖；
[0030] 圖5為組播樹構件過程圖；
[0031] 圖6為在K值不同時組播規模與阻塞率對比圖；
[0032] 圖7為域數量與阻塞率的對比圖；
[0033] 圖8為波長數與阻塞率的對比圖；
【具體實施方式】
[0034] 一、關于多域AS0N超圖模型
[0035] 1973年，C.Berge提出了超圖的概念，首次創建了無向超圖理論。隨著研究的深 入，超圖理論在運籌學、網絡通信等領域也有著廣泛的應用。本方案首次將超圖理論應用于 AS0N建模中，并通過對其基本定義的擴展來描述多域AS0N的邏輯拓撲模型，使網絡的多域 抽象特征能夠更好地反映在超圖網絡模型中。
[0036] 本方案提出的超圖模型定義為：
[0037]H= <Vh)Eh)Ma,b>
[0038] 其中Vh是多域AS0N中所有邊界節點的集合；Eh是V中節點構成的超邊集合;Ma』 是描述網絡拓撲聚合方法及其操作的集合，其中a表示多域AS0N采用的拓撲聚合方法，包 括簡單節點抽象法、完全網狀抽象法、對稱星形抽象法、混合抽象法等，為了簡化起見，本文 采用完全網狀抽象法對網絡拓撲進行聚合；